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摘要：火电厂用电接线的设计必须达到经济合理、技术先进，保证机组安全、经济地运行。本文主要通过火电厂用电接线工程实例进行设计分析。
关键词：火电厂；用电接线；实例设计
Abstract: Thermal power plant design of electrical wiring must be achieved the economy is reasonable, advanced technology, to ensure the safe operation, economic operation. This paper mainly through thermal power plant electricity wiring engineering design analysis.
Key words: thermal power plant; electric connection; design
中图分类号：TM62
火电厂用电接线的设计应按照运行、检修和施工的要求，考虑电厂发展规划，应积极慎重地采用成熟的新技术和新设备，使设计达到经济合理、技术先进，保证机组安全、经济地运行。本文将通过火电厂用电接线工程实例进行设计分析。
一、厂用电接线设计要求分析
厂用电接线的设计应按照运行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规划，积极慎重地采用成熟的新技术和新设备，是设计达到经济合理、技术先进，保证机组安全、经济地运行。厂用电接线应满足下列要求：
1）供电可靠，运行灵活。厂用负荷的供电除了正常情况下有可靠的工作电源外，还应保证异常或事故情况下有可靠的备用电源，并可实现自动切换[1]。另外，由于厂用电系统负荷种类复杂、供电回路多，电压变化频繁，波动大，运行法师的变化多样，要求无论在正常、事故、检修、以及机组启停情况下均能灵活地调整运行方式，可靠、不间断地实现厂用负荷的供电。
2）各机组的厂用电系统应是独立的，特别是200MW以上机组应做到这一点。在任何运行方式下，一台机组故障停运或其辅机的电气故障，应不影响另一台机组的运行，并要求受厂用电故障影响而停运的机组应能在短期内恢复运行。
3）全厂性公用负荷应分散接入不同机组的厂用母线或公用负荷母线。在厂用电系统接线中，不应存在可能导致切断多于一个单元机组的故障点，更不应存在导致全厂停电的可能性，应尽量缩小故障影响范围。
4）充分考虑发电厂正常、事故、检修、启停、等运行方式下的供电要求，一般均应配备可靠的启动/备用电源，尽可能地使切换操作简便，启动/备用电源能在短时内投入。
5）供电电源应尽量与电力系统保持紧密的联系。当机组无法取得正常的工作电源时，应尽量从电力系统取得备用电源，这样可以保证其与电气主接线形成一个整体，一旦机组故障时以便从系统倒送厂用电。
6）充分考虑电厂分期建设和连续施工过程中厂用电系统的运行方式，特别要注意对公用负荷供电的影响，要便于过渡，尽量减少改变接线和更换设置。
厂用电接线的设计原则与主接线的设计原则基本相同，主要有：厂用电接线应保证对厂用负荷可靠和连续供电，使发电厂主机安全运转；接线应能灵活地适应正常、事故、检修等各种运行方式的要求；常用电源的对应供电性，本机、炉的厂用负荷由本机组供电，这样，当厂用电系统发生故障时只会影响一台发电机组的运行，缩小了故障范围，接线也简单[2]；设计师还应适当注意其经济性和发展的可能性，并积极慎重的采用新技术、新设备，使厂用电接线具有可行性和先进性；再设计厂用电系统接线时，还应对厂用电的电压等级、中性点接地方式、常用电源及其厂用电接线形式等问题进行分析和论证。
二、 厂用电接线的电压等级分析
厂用电供电电压等级是根据发电机的容量和额定电压、厂用电动机的额定电压及厂用网络的可靠、经济运行等诸多方面因素，进技术、经济比较后确定。
各种厂用电动机的容量相差很大，只用一种电压等级的电动机不能滿足要求。厂用电动机的容量可以从几千瓦到几千千瓦，而且一般来说，发电机的容量愈大，厂用电动机的容量范围也愈大，而电动机的容量与电压有关，我国生产的电动机的电压与容量关系见表2-1所示。
表2-1电动机的电压与容量关系
电动机的电压愈高，绝缘愈要加强，尺寸愈大，价格愈贵；电压愈高，空载和负荷损耗也愈大，效率愈低；电压愈高，配电装置的价格也愈贵。从这几点来看，应优先考虑采用较低电压等级的电动机，但从供电网络来看，对同容量的电动机，额定电压愈高，其额定电流愈小，供电电缆的截面愈小，有色金属消耗愈少；电压愈高，网络线损愈小，传输愈经济；增加低压电动机数目[3]，必然增加低压厂用变压器的容量和台数，反之，若采用高压电动机则可减少低压厂用变压器的容量和台数。
对于火电厂有300MW和600MW两个发电机组，为了简化厂用接线盒运行维护方便，以及经济性等方面，厂用电压等级不宜过多，所以，厂用低压供电网络的电压采用380/220V；高压供电网络的电压为6kV。
三、厂用电接线实例设计分析
所设计地区最大负荷利用小时数为6500h，所设计容量为2400MW，占该地区系统总容量的20%，所设计地区为220kV和500kV两个电压等级。发电机采用亚临界火力发电机组，蒸汽压力为16.77MPa，温度为540℃/540℃，单机功率为300～1000MW不等。装机6台，分别为凝汽式发电机组4×300MW，2×600MW，厂用电率8%
1.具体参数
1）300MW发电机组：
额定功率：300MW 额定电流：10189A
额定电压：20kV功率因数：0.85
额定转速：3000r/min
2）600MW发电机组：
额定功率：600MW 额定电流：19245A
额定电压：20kV功率因数：0.9
额定转速：3000r/min
3）机组年利用小时数为：6500h
4）自然环境：
年平均气温：12.8℃
最高气温：37.9℃
最低气温：-26.4℃
对于该电厂的厂用电设计，由于所设计的供电网络采用低压为380/220V，高压供电网络的电压为6kV。可以采用两种方案进行设计。如图3-1所示。
图3-1厂用电母线设置方案
方案一：如图（a）所示，不设6kV公用负荷母线段，将全厂公用负荷分别接在各机组A、B段母线上；此种方案的优点是公用负荷分别接于不同机组的变压器上，供电可靠性高、投资省，但也由于公用负荷分别接在各机组工作母线上，机组工作母线清扫时，将影响公用负荷的备用。另外，由于公用负荷分别接于两台机组的工作母线上，因此，在机组G1发电时，必须也安装好机组G2的6kV厂用配电装置，并由启动/备用变压器供电。
方案二：如图（b）所示，一般单独设置两端公用负荷母线，集中供全厂公用负荷用电，该公用负荷母线段正常由启动备用变压器供电。此种方案的优点是公用负荷集中，无过渡问题，各单元机组独立性强，便于各机组厂用母线清扫。一般情况下，由于公用负荷集中，启动备用变压器要用工作变压器做备用，所以工作变压器考虑在启动备用变压器检修或故障时带公用负荷运行。但是，在所设计的方案中，都设有第二台启动备用变压器，所以所设计的方案，可以考虑方案其供电可靠性增加，且母线容易清扫。
根据所选设计方案，对220kV系统的300MW机组进行设计厂用电，该设计选取第一、三号发电机端的厂用高压变压器引至厂用电的高压6kV母线上，以从220kV母线上引出的启动备用变压器和经联络变压器引出的35kV母线上的启动/备用变压器作为其公用的四段6kV母线。如图3-2所示。
图3-2220kV系统厂用电接线
由图3-2可以看出，每台300MW汽轮发电机从各单元机组的变压器低压侧接引一台高压厂用工作变压器作为6kV厂用电系统的工作电源。为了限制厂用电系统的短路电流，以便使6kV系统能采用轻型断路器，并能保证电动机自启动时母线电压水平和满足厂用电缆截面不大于150㎜²等技术经济指标要求，高压电厂用工作变压器选用容量为40/25-25MV·A，其低压绕组分别供6kV高压厂母线。为满足机组启动时厂用电和作为高压工作变压器的备用，配备40/25-25MV·A的启动/备用变压器。一台引自220kV的母线上，另外一台引自35kV厂用母线上，都采用明备用方式。
由于高压厂用工作变压器直接在发电机出口，厂用分支接线上的短路电流很大，且因采用封闭母线结构，故高压工作变压器高压侧不设断路器和隔离开关。若高压厂用工作变压器发生故障，将由发电机变压器高压侧断路器切除。为满足检修与试验需要在厂用分支母线上，设置连接片，供必需时拆接。为提高厂用电系统工作的可靠性，高压厂用工作变压器和启动/备用变压器的6kV低压分支母线采用共箱式封闭母线，厂用6kV配电装置采用全封闭手车式成套开关柜。
图3-3500kV系统厂用电接线
图3-3所示为500kV厂用电接线，对于500kV的厂用电部分，所设计的方案与220kV的方案基本相同，高压电厂用工作变压器选用容量为40/25-25MV·A，其低压绕组分别供6kV高压厂母线。同样，配备40/25-25MV·A的启动/备用变压器。但考虑保证供电的可靠性，将其中的两段公用6kV母线分别由600MW发电机机端的两台启动/备用变压器供电，然后，35kV母线上的启动备用变压器与机端的两台启动/备用变压器相互备用。
参考文献：
[1] 王锋,王雷鸣,许卫东等.600MW火电机组高压厂用电接线新型方案[J].电力建设,2008,29(12):70-73.DOI:10.3969/j.issn.1000-7229.2008.12.019.
[2] 胡继承,黄慧民.600MW機组6KV厂用电接线改造探讨[C].//全国火电600MWe级机组能效对标及竞赛第十四届年会论文集.2010:406-409.
[3] 张亚伟.厂用电快速切换在火电厂的应用[J].企业技术开发：中旬刊,2012,(9):94-95.
关键词：火电厂；用电接线；实例设计
Abstract: Thermal power plant design of electrical wiring must be achieved the economy is reasonable, advanced technology, to ensure the safe operation, economic operation. This paper mainly through thermal power plant electricity wiring engineering design analysis.
Key words: thermal power plant; electric connection; design
中图分类号：TM62
火电厂用电接线的设计应按照运行、检修和施工的要求，考虑电厂发展规划，应积极慎重地采用成熟的新技术和新设备，使设计达到经济合理、技术先进，保证机组安全、经济地运行。本文将通过火电厂用电接线工程实例进行设计分析。
一、厂用电接线设计要求分析
厂用电接线的设计应按照运行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规划，积极慎重地采用成熟的新技术和新设备，是设计达到经济合理、技术先进，保证机组安全、经济地运行。厂用电接线应满足下列要求：
1）供电可靠，运行灵活。厂用负荷的供电除了正常情况下有可靠的工作电源外，还应保证异常或事故情况下有可靠的备用电源，并可实现自动切换[1]。另外，由于厂用电系统负荷种类复杂、供电回路多，电压变化频繁，波动大，运行法师的变化多样，要求无论在正常、事故、检修、以及机组启停情况下均能灵活地调整运行方式，可靠、不间断地实现厂用负荷的供电。
2）各机组的厂用电系统应是独立的，特别是200MW以上机组应做到这一点。在任何运行方式下，一台机组故障停运或其辅机的电气故障，应不影响另一台机组的运行，并要求受厂用电故障影响而停运的机组应能在短期内恢复运行。
3）全厂性公用负荷应分散接入不同机组的厂用母线或公用负荷母线。在厂用电系统接线中，不应存在可能导致切断多于一个单元机组的故障点，更不应存在导致全厂停电的可能性，应尽量缩小故障影响范围。
4）充分考虑发电厂正常、事故、检修、启停、等运行方式下的供电要求，一般均应配备可靠的启动/备用电源，尽可能地使切换操作简便，启动/备用电源能在短时内投入。
5）供电电源应尽量与电力系统保持紧密的联系。当机组无法取得正常的工作电源时，应尽量从电力系统取得备用电源，这样可以保证其与电气主接线形成一个整体，一旦机组故障时以便从系统倒送厂用电。
6）充分考虑电厂分期建设和连续施工过程中厂用电系统的运行方式，特别要注意对公用负荷供电的影响，要便于过渡，尽量减少改变接线和更换设置。
厂用电接线的设计原则与主接线的设计原则基本相同，主要有：厂用电接线应保证对厂用负荷可靠和连续供电，使发电厂主机安全运转；接线应能灵活地适应正常、事故、检修等各种运行方式的要求；常用电源的对应供电性，本机、炉的厂用负荷由本机组供电，这样，当厂用电系统发生故障时只会影响一台发电机组的运行，缩小了故障范围，接线也简单[2]；设计师还应适当注意其经济性和发展的可能性，并积极慎重的采用新技术、新设备，使厂用电接线具有可行性和先进性；再设计厂用电系统接线时，还应对厂用电的电压等级、中性点接地方式、常用电源及其厂用电接线形式等问题进行分析和论证。
二、 厂用电接线的电压等级分析
厂用电供电电压等级是根据发电机的容量和额定电压、厂用电动机的额定电压及厂用网络的可靠、经济运行等诸多方面因素，进技术、经济比较后确定。
各种厂用电动机的容量相差很大，只用一种电压等级的电动机不能滿足要求。厂用电动机的容量可以从几千瓦到几千千瓦，而且一般来说，发电机的容量愈大，厂用电动机的容量范围也愈大，而电动机的容量与电压有关，我国生产的电动机的电压与容量关系见表2-1所示。
表2-1电动机的电压与容量关系
电动机的电压愈高，绝缘愈要加强，尺寸愈大，价格愈贵；电压愈高，空载和负荷损耗也愈大，效率愈低；电压愈高，配电装置的价格也愈贵。从这几点来看，应优先考虑采用较低电压等级的电动机，但从供电网络来看，对同容量的电动机，额定电压愈高，其额定电流愈小，供电电缆的截面愈小，有色金属消耗愈少；电压愈高，网络线损愈小，传输愈经济；增加低压电动机数目[3]，必然增加低压厂用变压器的容量和台数，反之，若采用高压电动机则可减少低压厂用变压器的容量和台数。
对于火电厂有300MW和600MW两个发电机组，为了简化厂用接线盒运行维护方便，以及经济性等方面，厂用电压等级不宜过多，所以，厂用低压供电网络的电压采用380/220V；高压供电网络的电压为6kV。
三、厂用电接线实例设计分析
所设计地区最大负荷利用小时数为6500h，所设计容量为2400MW，占该地区系统总容量的20%，所设计地区为220kV和500kV两个电压等级。发电机采用亚临界火力发电机组，蒸汽压力为16.77MPa，温度为540℃/540℃，单机功率为300～1000MW不等。装机6台，分别为凝汽式发电机组4×300MW，2×600MW，厂用电率8%
1.具体参数
1）300MW发电机组：
额定功率：300MW 额定电流：10189A
额定电压：20kV功率因数：0.85
额定转速：3000r/min
2）600MW发电机组：
额定功率：600MW 额定电流：19245A
额定电压：20kV功率因数：0.9
额定转速：3000r/min
3）机组年利用小时数为：6500h
4）自然环境：
年平均气温：12.8℃
最高气温：37.9℃
最低气温：-26.4℃
对于该电厂的厂用电设计，由于所设计的供电网络采用低压为380/220V，高压供电网络的电压为6kV。可以采用两种方案进行设计。如图3-1所示。
图3-1厂用电母线设置方案
方案一：如图（a）所示，不设6kV公用负荷母线段，将全厂公用负荷分别接在各机组A、B段母线上；此种方案的优点是公用负荷分别接于不同机组的变压器上，供电可靠性高、投资省，但也由于公用负荷分别接在各机组工作母线上，机组工作母线清扫时，将影响公用负荷的备用。另外，由于公用负荷分别接于两台机组的工作母线上，因此，在机组G1发电时，必须也安装好机组G2的6kV厂用配电装置，并由启动/备用变压器供电。
方案二：如图（b）所示，一般单独设置两端公用负荷母线，集中供全厂公用负荷用电，该公用负荷母线段正常由启动备用变压器供电。此种方案的优点是公用负荷集中，无过渡问题，各单元机组独立性强，便于各机组厂用母线清扫。一般情况下，由于公用负荷集中，启动备用变压器要用工作变压器做备用，所以工作变压器考虑在启动备用变压器检修或故障时带公用负荷运行。但是，在所设计的方案中，都设有第二台启动备用变压器，所以所设计的方案，可以考虑方案其供电可靠性增加，且母线容易清扫。
根据所选设计方案，对220kV系统的300MW机组进行设计厂用电，该设计选取第一、三号发电机端的厂用高压变压器引至厂用电的高压6kV母线上，以从220kV母线上引出的启动备用变压器和经联络变压器引出的35kV母线上的启动/备用变压器作为其公用的四段6kV母线。如图3-2所示。
图3-2220kV系统厂用电接线
由图3-2可以看出，每台300MW汽轮发电机从各单元机组的变压器低压侧接引一台高压厂用工作变压器作为6kV厂用电系统的工作电源。为了限制厂用电系统的短路电流，以便使6kV系统能采用轻型断路器，并能保证电动机自启动时母线电压水平和满足厂用电缆截面不大于150㎜²等技术经济指标要求，高压电厂用工作变压器选用容量为40/25-25MV·A，其低压绕组分别供6kV高压厂母线。为满足机组启动时厂用电和作为高压工作变压器的备用，配备40/25-25MV·A的启动/备用变压器。一台引自220kV的母线上，另外一台引自35kV厂用母线上，都采用明备用方式。
由于高压厂用工作变压器直接在发电机出口，厂用分支接线上的短路电流很大，且因采用封闭母线结构，故高压工作变压器高压侧不设断路器和隔离开关。若高压厂用工作变压器发生故障，将由发电机变压器高压侧断路器切除。为满足检修与试验需要在厂用分支母线上，设置连接片，供必需时拆接。为提高厂用电系统工作的可靠性，高压厂用工作变压器和启动/备用变压器的6kV低压分支母线采用共箱式封闭母线，厂用6kV配电装置采用全封闭手车式成套开关柜。
图3-3500kV系统厂用电接线
图3-3所示为500kV厂用电接线，对于500kV的厂用电部分，所设计的方案与220kV的方案基本相同，高压电厂用工作变压器选用容量为40/25-25MV·A，其低压绕组分别供6kV高压厂母线。同样，配备40/25-25MV·A的启动/备用变压器。但考虑保证供电的可靠性，将其中的两段公用6kV母线分别由600MW发电机机端的两台启动/备用变压器供电，然后，35kV母线上的启动备用变压器与机端的两台启动/备用变压器相互备用。
参考文献：
[1] 王锋,王雷鸣,许卫东等.600MW火电机组高压厂用电接线新型方案[J].电力建设,2008,29(12):70-73.DOI:10.3969/j.issn.1000-7229.2008.12.019.
[2] 胡继承,黄慧民.600MW機组6KV厂用电接线改造探讨[C].//全国火电600MWe级机组能效对标及竞赛第十四届年会论文集.2010:406-409.
[3] 张亚伟.厂用电快速切换在火电厂的应用[J].企业技术开发：中旬刊,2012,(9):94-95.